一种GIS局部放电超高频信号测量系统

1.一种GIS局部放电超高频信号测量系统，其特征在于：包括Hilbert分形天线，该Hilbert分形天线通过信号调理电路与示波器连接从而将天线信号滤波、放大后输出供显示。
2.如权利要求1所述的一种GIS局部放电超高频信号测量系统，其特征在于：其中信号调理电路由相连接的高通滤波器和射频增益模块组成，其中高通滤波器的信号输入端与Hilbert分形天线的输出端连接，射频增益模块的信号输出端与示波器连接。
3.如权利要求2所述的一种GIS局部放电超高频信号测量系统，其特征在于：其中高通滤波器采用一阶高通滤波，截止频率为200MHz，射频增益模块具有15dB固定增益，工作频率范围50MHz-4GHz。
4.如权利要求1所述的一种GIS局部放电超高频信号测量系统，其特征在于：其中Hilbert分形天线依次由介质板(1)、导线层(2)和地线层(4)组成，其中介质板(1)采用Rogers RO4000高频线路板材料。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的一种GIS局部放电超高频信号测量系统，其特征在于：其中导线层(2)根据Hilbert分形原理进行设置，组成接收天线单元，并且导线层(2)在介质板(1)上的覆盖面为矩形面，在该导线层(2)上设置有馈电点(3)。

一种GIS局部放电超高频信号测量系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种基于Hilbert理论的GIS局部放电超高频信号测量天线装置，尤其是一种GIS局部放电超高频信号测量系统。\n背景技术\n[0002] 全封闭气体绝缘组合电器(GIS)以其占地空间小、可靠性高等优点已成为现代电力系统中的重要设备。为保证其安全稳定运行，对GIS内绝缘的在线监测已成为日趋重要的研究课题。GIS绝缘故障的前期表现为绝缘完全击穿前的局部放电，所以运用天线手段对运行中的GIS进行局部放电的在线监测，能够有效地发现GIS内部绝缘缺陷，必要时提供报警和故障诊断，避免发生严重事故。\n[0003] 超高频法(Ultra High Frequency)通过接收GIS内局部放电时发出的电磁波来检测局部放电。这种快速上升时延的局部放电脉冲含有从直流到超过1GHz的频率成分。研究表明，由于GIS的同轴结构是一个良好的波导结构，超高频(300MHz-3GHz)电磁波可以在其内部有效地传播，而且信号衰减较小。电力系统中电晕放电等主要电磁干扰信号的频率一般在150MHz以下，而且在空气中传播，衰减很快。可选择超高频段的电磁信号作为检测信号，使用合适频带范围的天线来进行局部放电的电信号测量，以避开常规电气测试方法难以避开的电力系统中的干扰，从而提高局部放电检测信噪比。同时，由于UHF信号的上升沿为ns级，传播速度接近光速；不能穿透金属表面，而只能反射和绕射，决定了用UHF方法检测GIS局部放电的同时还便于故障点的定位。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型的目的是提供一种GIS局部放电超高频信号测量系统，能够对GIS局部放电超高频信号进行测量，并且灵敏度高，抗干扰能力强。\n[0005] 一种GIS局部放电超高频信号测量系统，其特别之处在于：包括Hilbert分形天线，该Hilbert分形天线通过信号调理电路与示波器连接从而将天线信号滤波、放大后输出供显示。\n[0006] 其中信号调理电路由相连接的高通滤波器和射频增益模块组成，其中高通滤波器的信号输入端与Hilbert分形天线的输出端连接，射频增益模块的信号输出端与示波器连接。\n[0007] 其中高通滤波器采用一阶高通滤波，截止频率为200MHz，射频增益模块具有15dB固定增益，工作频率范围50MHz-4GHz。\n[0008] 其中Hilbert分形天线依次由介质板、导线层和地线层组成，其中介质板采用Rogers RO4000高频线路板材料。\n[0009] 其中导线层根据Hilbert分形原理进行设置，组成接收天线单元，并且导线层在介质板上的覆盖面为矩形面，在该导线层上设置有馈电点。\n[0010] 本实用新型采用分形天线宽频带、小型化的特点构建检测GIS局部放电的Hilbert分形天线，天线设计频带300MHz-3GHz，频率范围内天线电压驻波比VSWR≤5，结合局部放电测量技术要求与Ansoft HFSS电磁仿真软件确定分形天线的介质板、导线层、地线层具体尺寸以及馈电点具体位置。介质板材料选择为Rogers RO4000系列高频线路板材料，与普通印刷电路板材料FR4相比，损耗低、公差低以及具有优异的高频性能。并且，其介电常数温度系数几乎是同类材料中最低的，在宽频率范围内，介电常数也相当稳定，使得改材料适用于宽频应用。由于其热膨胀系数和铜相近，可以提供优异的尺寸稳定性。高通滤波器以及射频增益模块组成信号调理电路，高通滤波器采用一阶高通滤波，设计截止频率为200MHz，射频增益模块具有15dB固定增益，工作频率范围50MHz-4GHz，输入输出内部与\n50Ω电阻匹配，通过内部匹配的增益模块提供极大的动态范围，在整个4GHz频率范围内，同时还提供极低的噪声指数和非常高的OIP3规格参数。\n附图说明\n[0011] 图1是本实用新型所述GIS局部放电超高频信号测量系统的总体结构示意图；\n[0012] 图2是本实用新型所述测量系统Hilbert分形天线的电压驻波比示意图；\n[0013] 图3是本实用新型所述测量系统射频增益模块的增益频率特性。\n具体实施方式\n[0014] 如图1所示，一种GIS局部放电超高频信号测量系统，包括Hilbert分形天线，该Hilbert分形天线通过信号调理电路与示波器连接从而将天线信号滤波、放大后输出供显示。\n[0015] 其中信号调理电路由相连接的高通滤波器和射频增益模块组成，其中高通滤波器的信号输入端与Hilbert分形天线的输出端连接，射频增益模块的信号输出端与示波器连接。高通滤波器采用一阶高通滤波，截止频率为200MHz，射频增益模块具有15dB固定增益，工作频率范围50MHz-4GHz。\n[0016] 而Hilbert分形天线依次由介质板(1)、导线层(2)和地线层(4)组成，其中介质板(1)采用Rogers RO4000系列高频线路板材料。导线层(2)根据Hilbert分形原理进行设置，组成接收天线单元，并且导线层(2)在介质板(1)上的覆盖面为矩形面，在该导线层(2)上设置有馈电点(3)。\n[0017] 实施例1：\n[0018] 如图1所示，本实用新型的GIS局部放电超高频信号测量系统，包含超高频Hilbert分形天线、与天线连接的信号调理电路，以及与信号调理电路连接的示波器。\n[0019] 超高频Hilbert分形天线包含介质板(1)、导线层(2)、馈电点(3)以及地线层(4)。天线置于GIS外部，接收从盆式绝缘子处辐射出来的局部放电超高频信号。天线从馈电点(3)处通过SMA接头引出射频电缆，连接至高通滤波器，继而通过射频电缆与射频增益模块相连接，最终送至示波器。Hilbert分形天线介质板(1)材料选择为Rogers RO4000系列高频线路板材料，具体选择RO4003或者RO4350材料。介质板(1)厚度的选择可以按照微带贴片天线的方法来确定，并根据需要进行微调。\n[0020] 还可以通过改变天线导线层(2)的分形阶数、外围尺寸、导线宽度改变天线性能，其中，阶数越高，天线频率谐振点越多、电压驻波比整体上越低；外围尺寸越大，天线谐振频率将减小。以及通过改变天线馈电点(3)的位置，改变天线方向图、输出阻抗的大小，继而影响天线的整体性能。\n[0021] 如图2所示，为两种外围尺寸下四阶Hilbert分形天线的电压驻波比VSWR，其余参数中，介质板(1)选择Rogers RO4003、厚度5mm，导线宽度2mm。由于分形天线的自相似特性，驻波比曲线具有一定的重复性、有着相对固定的频率间隔，天线外围尺寸增大，驻波比VSWR降低，谐振频率降低，频率间隔减小。\n[0022] 高通滤波器以及射频增益模块组成信号调理电路，高通滤波器采用一阶高通滤波，设计截止频率为200MHz，射频增益模块具有15dB固定增益，工作频率范围50MHz-4GHz，增益频率特性如图3所示，输入输出内部与50Ω电阻匹配，通过内部匹配的增益模块提供极大的动态范围，在整个4GHz频率范围内，同时还提供极低的噪声指数和非常高的OIP3规格参数。\n[0023] 实际测量时，电缆与50Ω阻抗匹配后接示波器，示波器输入阻抗选择1MΩ，由于所测超高频信号的频率范围，为观测到GIS局部放电的脉冲波形，将示波器时间轴调至ns级，选择单次触发，测量并记录信号波形。实验室条件下，可以先不加试品，将试验变压器升压至试品额定电压值，测量并记录信号的背景噪声。如果噪声水平不达标，则应设法降噪或通过之前的记录信号，将噪声从实际测量的局部放电信号中分离。而GIS现场条件下，不具备背景噪声的测量条件，则只能信号记录后进行分析，通过频谱等特征与实验室结果比对，来判断设备是否发生局部放电以及何种类型的局部放电。\n[0024] 尽管本实用新型的内容已经通过上述具体实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。